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Frequenzumsetzung bei Relais-Stationen mit konstantem Frequenzverhältnis
Bei der Nachrichtenübermittlung mit sehr kurzen Radiowellen werden mit Rücksicht
auf die begrenzten Ausbreitungsverhältnisse oft Relais-Stationen verwendet, mit
welchen die Hochfrequenzschwingungen empfangen und mit veränderter Frequenz wieder
ausgesandt werden. Zu dieser Frequenzumsetzung werden die Schwingungen in solchen
Relais-Stationen mindestens einmal mit einer Hilfsschwingung überlagert, wobei die
Summen- oder Differenzfrequenz für die weitere Übertragung ausgenutzt wird. Ein
Nachteil der üblichen Anordnungen besteht darin, daß diese Hilfsfrequenz mit einem
Hilfsoszillator erzeugt werden muß, wobei jede Frequenzänderung dieses Hilfsoszillators
zu einer entsprechenden Frequenzänderung der ausgesandten Schwingung führt. Bei
Relaisübertragung über mehrere Relais-Stationen können durch Unstabilität der Hilfsoszillatoren
erhebliche Frequenzschwankungen der am Ende der Relaiskette empfangenen Hochfrequenzsignale
entstehen. Diesen Schwankungen muß durch entsprechende Bandbreite aller Übertragungssysteme
oder durch geeignete automatische Frequenznachstimmung Rechnung getragen werden,
oder es muß durch besondere Maßnahmen für eine ausreichende Frequenzstabilität aller
Überlagerungshilfsoszillatoren gesorgt werden, so daß Temperaturschwankungen, Änderungen
der Betriebsspannungen ohne
schädlichen Einfluß bleiben. Alle diese
Maßnahmen haben eine Verteuerung und zum Teil auch verschiedene technische Nachteile
zur Folge. Nach der Erfindung werden diese Mängel vermieden. Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Frequenzumsetzung bei Relais-Stationen für hochfrequente Schwingungen,
bei der das Frequenzverhältnis der Eingangsschwingungen zu den Ausgangsschwingungen
konstant ist und bei der die Eingangsschwingungen mit einer Hilfsschwingung überlagert
werden. Die Erfindung besteht darin, daß mindestens ein Modulator vorhanden ist,
dem die Eingangsschwingungen zugeführt werden, und daß die dem Modulator entnommenen
frequenzverschobenen Schwingungen einer Hintereinanderschaltung eines Zwischenfrequenzverstärkers,
eines Amplitudenbegrenzers und mindestens eines Frequenzvervielfachers zugeführt
werden und daß dem Frequenzvervielfacher wenigstens eine Oberwelle der Zwischenfrequenzschwingung
entnommen und als Hilfsschwingung dem Modulator zugeführt wird, und daß der Hintereinanderschaltung
Schwingungen derart entnommen werden, daß deren Frequenz eine Oberwelle der Zwischenfrequenzschwingung
ist, und dem Eingang des Senders für die Erzeugung der Ausgangsschwingungen zugeführt
ist, derart, daß das Frequenzverhältnis der Eingangsschwingungen zu den Ausgangsschwingungen
der Relais-Station konstant ist.
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Man kennt bereits Anordnungen zur Frequenzumsetzung, bei denen die
in der Frequenz umzusetzende Schwingung mit einer Hilfsschwingung moduliert wird,
welche durch Frequenzvervielfachung der frequenzgeteilten Schwingung gewonnen wird.
Bei diesen bekannten Anordnungen ist die Eingangsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches
der Ausgangsfrequenz. Durch die vorgeschlagene Einrichtung ist jedoch die Eingangsfrequenz
der Relais-Station nicht mehr ein ganzzahliges Vielfaches zur Ausgangsfrequenz des
Modulators, sondern die Eingangsfrequenz verhält sich zur Ausgangsfrequenz wie zwei
ganze Zahlen. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen wird die erfindungsgemäße Frequenzumsetzung
zudem nicht nur für Sinusschwingungen konstanter Frequenz und Amplitude angewendet,
sondern es wird durch besondere Mittel dafür gesorgt, daß eine Anwendung auch bei
Schwingungen möglich ist, die in der Amplitude oder Frequenz moduliert sind.
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In Blockschema Fig. i ist eine besonders einfache Durchführungsform
schematisch dargestellt. Die im Empfänger R verstärkten Hochfrequenzschwingungen
ei mit der Frequenz f 1 werden im Modulator !LT mit der Überlagerungshilfsschwingung
e3 überlagert, deren Frequenz f3 ist. Am Modulatorausgang erhält man damit die Schwingung
e2 mit der Differenzfrequenz f2 = fl-f3. Durch Verstärkung dieser Zwischenfrequenzschwingungen
e2 im Zwischenfrequenzverstärker ZF erhält man die Wechselspannung e2' und durch
Begrenzung dieser Spannung im Amplitudenbegrenver B die Schwingung e2", deren Amplitude
konstant, d. h. unabhängig von der Empfangsamplitude ist. Im Frequenzvervielfacher
Q wird daraus eine Hochfrequenzspannung e3 gebildet, deren Frequenz f3 ein ganzzahliges
Vielfaches n von f2 ist f3 = n # f2. Diese Schwingung wird nun gleichzeitig
als Überlagerungshilfsspannung benutzt. Es ist somit
Es ergibt sich somit, daß die Hochfrequenzausgangsspannung e3, welche über den Sender
T wieder ausgesandt wird, zur Eingangsspannung e, in einem konstanten Frequenzverhältnis
steht. Dieses Frequenzverhältnis ist also von keiner bei der Relais-Station selbst
erzeugten Hilfsfrequenz abhängig. Dieses Verhältnis ist ferner ein Verhältnis ganzer
Zahlen. Als Frequenzverv ielfacher wird zweckmäßig ein selbständig schwingender
und durch die Spannung e2' synchronisierter Generator verwendet, welcher ausgeprägte
Oberwellen erzeugt. Geeignet 'hierfür ist eine Multivibratorsc'haltung, Die erwähnte
Frequenzumsetzung ist nur stabil, wenn die Frequenz f3 kleiner ist als f1. Die beschriebene
Relais-Station ist also vorerst nur brauchbar, wenn die Ausgangsfrequenz kleiner
sein soll als die Eingangsfrequenz. Um ein beliebiges Frequenzverhältnis zwischen
Ausgangs- und Eingangsschwingung erzielen zu können (d. h. daß das Verhältnis auch
größer als r ist), kann eine Anordnung gemäß Blockschema der Fig. 2 vorgesehen werden.
Hier wird mit einem Oberwellenerzeuger als Frequenzvervielfacher Q gearbeitet. In
diesem wird ein Frequenzgemisch e4, bestehend aus verschiedenen Oberwellen n12
, ZTi f2, n1 f2, '12 f2 . . .
der Zwischenfrequenz f2 erzeugt. Mit
dem Bandpaßfilter BP2 wird aus diesem Frequenzgemisch eine Komponente e5 herausgesiebt,
deren Frequenz f5 der n2fachen Zwischenfrequenz f2 entspricht. Diese Frequenz wird
als Hilfsfrequenz dem Modulator dl zugeführt. Es ist also f5 = ;121 2
2
f, Mit einem weiteren Bandpaßfilter BPl kann eine weitere Oberwelle e. aus dem Frequenzgemisch
e4 herausgesiebt werden, dessen Frequenz f6 ein ganzzahliges Vielfaches n1 der Grundfrequenz
f2 ist. Es ist also f6 = "'l * f2 = n1 * (f1 -f5). Durch geeignete
Wahl der Oberwellenverhältnisse n1 und n2 kann also auch eine Ausgangsfrequenz f6
= n1 # erzielt werden, die
größer ist als die Empfangsfrequenz f1.
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Bei der praktischen Durchführung können natürlich an Stelle des Oberwellenerzeugers
in Verbindung mit den Bandpaßfiltern BPI, BP, auch getrennte Frequenzvervielfacher
mit ungleichem Vervielfachungsverhältnis vorgesehen werden.
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Die gezeigten Anordnungen eignen sich besonders für die Relaisübertragung
von frequenzmodulierten Schwingungen. Durch den Amplitudenbegrenzer B werden die
Zwischenfrequenzschwingungen unabhängig von Schwankungen der Empfangsamplitude auf
konstanten Pegel gebracht und damit wird auch eine konstante Amplitude der Ausgangsschwingungen
e3 bzw. es erreicht. Da für
die Frequenz der Ausgangsschwingung
gegenüber der Frequenz der Eingangsschwingung für jeden Zeitmoment das erwähnte
Frequenzverhältnis gilt, so ist dieses Verhältnis auch gültig für Änderungen der
Ausgangsfrequenz, welche durch entsprechende Änderungen der Eingangsfrequenz verursacht
sind. Der Frequenzhub von frequenzmodulierten Schwingungen wird bei der Relais-Station
entsprechend dem Frequenzumsetzungsverhältnis geändert. Da in der praktischen Durchführung
die Sendefrequenz von der Empfangsfrequenz gewöhnlich nur wenig abweicht, ist dis
Fi-edu"nzhuliänderung entsprechend klein und ohne praktische Bedeutung.
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Wenn es sich bei den übertragenen Schw-ingungen um eirar <inil>littideninodulierte
Hochfrequenz handelt, so darf im Hauptübertragungskanal naturgemäß keine Amplitudenbegrenzung
vorgesehen werden. Für diesen Betriebsfall ist beispielsweise eine Ausführung gemäß
Fig.3 vorgesehen. Eine erste Überlagerung erfolgt hier wieder im Modulator 1-I1,
wobei die Überlagerungshilfsspannung e3 wie bei :1bb. i durch Verstärkung der Modulatorausgangsspannung
ini Verstärker ZF und Amplitudenliegrenzung im Begrenzer B und Frequenzvervielfachting
im Frequenzvervielfacher Q3 aus der Zwischenfrequenzspannung e, gewonnen wird. Die
am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers vorhandene Spannung e.=' ist nun nicht
amplitudenbegrenzt, so daß ainplitudenmodulierte Schwingungen unverzerrt übertragen
werden. Die Frequenz f2 dieser Spannung ergibt sich zu f = f - f 2 1 3 i
= f i - ".l ' f.= _ . fi . r1.3 ist dabei der.
Ver-. n - I .
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vielfachungsfaktor von Q3.
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Eitle weitere Überlagerung erfolgt in einem weiteren Modulator @Il,
mit der >`Tlierlagerungsliilfsspannung e7. Die Hilfsspannung e7 ist durch Frequenzvervielfachung
aus der verstärkten und amplitudenl>egrenzteti Zwisclietifrequetizspaunung e2" mit
dem @'ervielf:tclier Q4, dessen Vervielfachungsfaktor 7c4 ist, gewonnen. Die Frequenz
der Spannung e7 ist f7 = 714 - f,. Im Ausgang des Modulators 11.,
wird eine Spannung es entnommen. Die Frequenz dieser Spannung ist, falls die Summenfrequenzen
des Modulators 1f12 entnommen wird fs - f7 + f- - (y14 + i) , f2
- n' + I . f1. Man n, + I kann i1'12 natürlich auch die Differenzfrequenzen
f7 - f2 entnehmen, wobei man für die Ausgangsfrequenz f,' = 1t` I f1 erhält.
Da der Amplitudenbegrenzer ß nicht im Hauptübertragungskreis, soiiclei-ii nur im
Übertragungskreis der Überlagerungshilfsfrequenzen liegt, sind wohl die Überlagerungshilfsfrequenzen
auf konstante Amplituden gebracht, während die Amplituden der amplitudenmodulierten
Spannungen el, e2, e2', e8 im Hauptübertragungskreis erhalten bleiben, so daß die
Amplitudenmodulation durch die Frequenzumsetzung nicht unterdrückt wird und die
Übertragung utiverzerrt bleibt.
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An Stelle der getrennten Vervielfacher Q3 und Q4 in Fig. 3 kann natürlich
auch ein gemeinsamer Oberwellenerzeuger in Verbindung mit zwei Bandfiltern verwendet
werden, Ein Schaltungsbeispiel, welches dem Blockschema Fig. i entspricht, ist beispielsweise
in Fig. 4 dargestellt. Zur Überlagerung in M ist dabei eine Diode 112 vorgesehen.
Die Frequenzvervielfachung in Q erfolgt mit einer übersteuerten Triode hl.. Als
Amplitudenbegrenzer B dient ein Mehrgitterrohr hl., deren oberer und unterer Kennlinienknick
zur Begrenzung der Zwischenfrequenzspannung e2" ausgenutzt wird.
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Es sind unter Beibehaltung des Erfindungsgedankens auch Relais-Stationen
mit mehrfacher Frequenzumsetzung ein und derselben Empfangsfrequenz möglich, wobei
die verschiedenen Überlagerungshilfsfrequenzen wieder durch Frequenzvervielfachung
der Zwischenfrequenz gewonnen werden.
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Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnungen besteht darin,
daß die Frequenzänderungen der Zwischenfrequenzschwingung e2 bedeutend kleiner sind
als die Frequenzänderungen der Empfangsschwingung e1. Aus diesem Grunde ist auch
der Frequenzhub dieser Zwischenfrequenzschwingung bedeutend kleiner als der Frequenzhub
der empfangenen und der ausgesandten Schwingungen, wenn es sich um frequenzmodulierte
Schwingungen handelt. Man kann somit Zwischenfrequenzverstärker mit verhältnismäßig
kleiner Bandbreite vorsehen, so daß Störeinflüsse, die nicht in den Durchlaßbereich
des Zwischenfrequenzverstärkers fallen, unterdrückt werden. Dies führt zu einer
erheblichen Verminderung der durch Rauschen usw. bedingten Störung der übertragenen
Signale, was namentlich bei Relaisketten mit mehreren Relais-Stationen vorteilhaft
ins Gewicht fällt. Als Frequenzvervielfacher kann auch eine Verstärkerröhrenanordnung
verwendet werden, wobei die Vorspannungen in den Röhren so gewählt sind, daß die
Aussteuerung auf dem krummlinigen Teil der Charakteristik erfolgt. Die dabei entstehenden
Oberwellen werden mittels Bandfilter, deren Frequenzdurchlaß den gewünschten Oberwellen
entspricht, ausgefiltert.